Einführung in die Informatik II Ströme und Dateien

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1 Einführung in die Informatik II Ströme und Dateien Prof. Bernd Brügge, Ph.D Institut für Informatik Technische Universität München Sommersemester Juni 2004 Letzte Änderung: :03 Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

2 Ziele dieser Vorlesung Sie verstehen die Konzept von Strömen und Dateien Sie können die Java-Klassen Reader, Writer, InputStream und OutputStream benutzen Sie verstehen Java's Konzept für die plattformunabhängige Repräsentation von Dateien in hierarchischen Datei-Systemen. Sie verstehen das Konzept der Serialisierung/Deserialisierung von Objekten. Sie können Dateien entwerfen und implementieren Textdateien Binäre Dateien Dateien von beliebigen Objekten Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

3 Einleitung In den Informatik-Systemen, die wir bisher implementiert haben, haben wir Klasssen deklariert, instantiiert, und über Methodenaufrufe den Attributen Werte zugewiesen. Die Werte waren allerdings nur während der Laufzeit des Systems verfügbar. 1. Häufig sollen die Werte bei einem erneuten Lauf des Systems wieder zur Verfügung stehen. 2. In vielen Fällen werden auch Werte von einem Informatik-System erzeugt, die von einem anderen System benötigt werden. 3. Bei interaktiven Systemen wollen wir außerdem bereits während der Laufzeit Daten mit der Umgebung austauschen: Wir wollen Werte über eine Tastatur eingeben lassen Andere Werte sollen auf dem Bildschirm erscheinen Verzeichnisse sollen gelesen und beschrieben werden. Zur Speicherung von Werten und zur Interaktion mit der Umgebung führen wir jetzt die Konzepte Datei und Strom ein. Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

4 Datei Wir haben bereits den Datenaustausch mit der Umgebung des Systems zugelassen, allerdings sehr spärlich. System.out.println(): Ausdrucken von Daten auf dem Bildschirm gettext(): Auslesen eines Textes aus einer graphischen Komponente vom Typ TextField. Unser Ziel ist jetzt die Modellierung von externen Speichern und die Modellierung der Interaktion von Informatik-Systemen mit ihrer Umgebung. Definition Datei: Eine Verwaltungseinheit zur Repräsentation von externen Daten nach gewissen Organisationsformen, die den Zugriff innerhalb des Informatik-Systems auf die Daten festlegen. Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

5 Strom Um auf Dateien innerhalb eines Informatik-Systems zugreifen zu können, führen wir den Begriff des Stroms ein. Definition Strom: Die interne Repräsentation einer (externen) Datei oder eines Ein-/Ausgabe (E/A)-Gerätes in einem Informatik-System. Definition Eingabe: Das Lesen der Daten von einer Datei oder von einem Eingabe-Gerät in einen Strom. Der Strom heißt dann Eingabestrom. Definition Ausgabe: Das Schreiben von Daten eines Stroms auf eine Datei oder ein Ausgabe-Gerät. Der Strom heißt dann Ausgabestrom. Ein Strom hat eine Quelle und eine Senke. Achtung: In Goos II hat der Begriff Strom eine andere Bedeutung: Iterator über Daten. Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

6 Beispiele von Eingabe- und Ausgabeströmen Eine Tastatur ist eine Quelle für einen Eingabestrom von Zeichen an ein Programm. Tastatur Ein Bildschirm ist ein Senke für einen Ausgabestrom von Zeichen, die von einem Programm kommen. Programm Ausgabestrom Eingabestrom Programm Bildschirm Eine Datei ist Senke oder Quelle für Ströme von Zeichen Programm Platte, Magnet- Band Datei Datei Ausgabestrom Eingabestrom Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

7 Entwurf von Strömen Wir modellieren Ströme als Klassen. Allgemein können wir sagen: Ein Strom hat zwei private Attribute Name: Bezeichner der mit dem Strom verbundenen Quelle oder Senke Marke: Zeiger auf das derzeitige Element (current element). Ein Strom stellt folgende Operationen bereit: open(): Öffnen der Verbindung mit einer (externen) Datei read(): Lesen eines Elements aus dem Strom. write(): Schreiben eines Elements in den Strom. close(): Schließen der Verbindung mit der Datei. Die Signatur der Operationen und die Implementierung von Strömen ist abhängig von der Programmiersprache; Implementierung von Dateien ist vom Betriebssystem abhängig. Java unterstützt Ströme und Dateien. Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

8 Ströme und Dateien in Java Java stellt eine große Anzahl von unterschiedlichen Strömen für Ein- und Ausgabe (Reader, Writer, InputStream, OutputStream) und eine Betriebssystem-unabhängige Repräsentation für Dateien (File) bereit, die alle im Paket java.io definiert sind. Object Reader Writer InputStream OutputStream File Klasse Reader Writer InputStream OutputStream File Beschreibung Abstrakte Klasse für textuelle Eingabeströme Abstrakte Klasse für textuelle Ausgabeströme Abstrakte Klasse für binäre Eingabeströme Abstrakte Klasse für binären Ausgabeströme Plattform-unabhängige Repräsentation von Dateien Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

9 Ströme und Dateien in Java Java stellt eine große Anzahl von unterschiedlichen Strömen für Ein- und Ausgabe (Reader, Writer, InputStream, OutputStream) und eine Betriebssystem-unabhängige Repräsentation für Dateien (File) bereit, die alle im Paket java.io definiert sind. Object Reader Writer InputStream OutputStream File Klasse Reader Writer InputStream OutputStream File Beschreibung Abstrakte Klasse für textuelle Eingabeströme Abstrakte Klasse für textuelle Ausgabeströme Abstrakte Klasse für binäre Eingabeströme Abstrakte Klasse für binären Ausgabeströme Plattform-unabhängige Repräsentation von Dateien Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

10 InputStream: Modellierung binärer Eingabeströme InputStream ByteArray InputStream FileInput Stream FilterInput Stream ObjectInput Stream PipedInput Stream Buffered Input Stream DataInput Stream Klasse Beschreibung ByteArrayInputSteam Einlesen von Reihungen vom Typ byte als Strom FileInputStream Einlesen von Binär-Dateien FilterInputStream Ermöglicht gefiltertes Einlesen von Daten auf verschiedene Arten BufferedInputStream Ermöglicht das Puffern von Eingabedaten DataInputStream Lesen von vordefinierten elementaren Java-Typen ObjectInputStream Deserialisieren von Objekten PipedInputStream Lesen von Binärdaten aus einem anderen Thread ( Info III) Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

11 Reader: Modellierung textueller Eingabeströme Reader Buffered Reader CharArray Reader InputStream Reader PipedReader StringReader LineNumber Reader FileReader Klasse BufferedReader CharArrayReader FileReader PipedReader StringReader LineNumberReader Beschreibung Gepufferte Eingabe bei textuellen Eingabeströmen Einlesen von Reihungen vom Typ char als Strom Einlesen von Text-Dateien Lesen von Textdaten aus einem anderen Thread ( Info III) Einlesen von Zeichenketten (String) als Strom Zählt Anzahl der Text-Zeilen, die bereits gelesen wurden. Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

12 OutputStream: Modellierung binärer Ausgabeströme OutputStream ByteArray OutputStream FileOutput Stream FilterOutput Stream ObjectOutput Stream PipedOutput Stream BufferedOutput Stream DataOutput Stream Klasse ByteArrayOutputSteam FileOutputStream FilterOutputStream BufferedOutputStream DataOutputStream ObjectOutputStream PipedOutputStream Beschreibung Schreiben von Binärdaten in Reihungen vom Type byte Schreiben von Bytes in Binär-Dateien Ermöglicht das gefilterte Schreiben von Daten auf verschiedene Arten Ermöglicht das Puffern von Ausgabedaten Schreiben von vordefinierten elementaren Java-Typen Serialisieren von Objekten Weitergabe von Binärdaten an anderen Thread ( Info III) Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

13 Writer: Modelliert textuelle Ausgabeströme Writer Buffered Writer CharArray Writer OutputStream Reader Piped Writer Print Writer String Writer FileWriter Klasse BufferedWriter CharArrayWriter FileWriter PipedWriter PrintWriter StringWriter Beschreibung Gepufferte Ausgabe bei textuellen Ausgabeströmen Schreiben von Textdaten in Reihungen vom Typ char Schreiben von Textzeichen in Text-Dateien Weitergabe von Textdaten an anderen Thread ( Info III) Textuelle Ausgabe von Java's Basistypen Schreiben von Textdaten in Zeichenketten (String) Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

14 Text-Datei in Java Definition Text-Datei (text file): Eine Datei, in der die Daten vom Typ char (bzw. Character) sind. File * Character Da die Codierung und Decodierung von char-werten in Java auf Unicode basiert, sind Text-Dateien portierbar, d.h. auch auf verschiedenen Plattformen lesbar Definition Text-Editor: Ein Programm, dass Benutzern das interaktive Eintragen, Ändern und Löschen von Zeichen in einer Text- Datei ermöglicht. Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

15 Binär-Datei Definition Binär-Datei (binary file): Eine Datei, in der die Daten vom Typ byte (bzw. Byte) sind. File * Byte Binär-Dateien sind im allgemeinen nicht portierbar, da verschiedene Rechner verschiedene Repräsentationen für Binär-Daten verwenden. Java-spezifische Binär-Dateien (z.b..class-dateien) sind auf allen Rechnern lesbar, die die JVM-Spezifikation einhalten, da Java die Repräsentation von binären Dateien selbst definiert. Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

16 Datei-Systeme, Dateien und Verzeichnisse Die Klasse File repräsentiert Dateien und Verzeichnissen in einer Betriebssystem- bzw. Plattform-unabhängigen Weise. Beschreibung von hierarchischen Datei-Systemen: Ein Datei-System (file system) besteht aus Dateien (files) und Verzeichnissen (directories). Verzeichnisse können wieder aus Dateien und weiteren Verzeichnissen bestehen. Jedes Datei-System hat ein Verzeichnis als Wurzel. Alle Dateien sind in der Hierarchie "ist Teil von" angeordnet. Ein Pfadname ist die Beschreibung einer Datei in dieser Hierarchie. Das Verzeichnis, in dem sich ein Benutzer bzw. ein Programm befindet, wird aktuelles Verzeichnis (current directory) genannt. Der absolute Pfadname beschreibt eine Datei ausgehend von der Wurzel des Datei-Systems. Ein relativer Pfadname beschreibt eine Datei relativ zum aktuellen Verzeichnis Wie sieht das entsprechende UML-Modell aus? Können wir ein Entwurfsmuster verwenden? Welches? Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

17 UML-Modell des Java-Dateisystems Dateisystem * Datei (File) Verzeichnis Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

18 Absoluter und relativer Pfadname Gegeben sei das Java Programm MyClass.java in einem Unixbasierten Dateisystem root home index.html java examples Aktuelles Verzeichnis datafiles MyClass.java MyClass.class Aktuelles Verzeichnis: /root/java/examples Absoluter Pfadname: Relativer Pfadname: MyClass.java /root/java/examples/myclass.java Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

19 Die Klasse File public class File extends Object implements Serializable { // Konstanten Plattformunabhängigkeit: public static final String pathseparator; public static final char pathseparatorchar; Unix: / public static final String separator; Windows: \ public static final char separatorchar; // Konstruktoren Mac OS: : public File(String path); File-Methoden erzeugen public File(String path, String name); // Öffentliche Instanz-Methoden keine Ausnahmen! public boolean canread(); // Ist die Datei lesbar? public boolean canwrite(); // Ist die Datei schreibbar? public boolean delete(); // Lösche die Datei public boolean exists(); // Existiert die Datei? public String getparent(); // Elternknoten von Datei oder Verzeichnis public String getpath(); // Absoluter Pfadname der Datei public boolean isdirectory(); // Ist das Objekt ein Verzeichnis? public boolean isfile(); // Ist das Objekt eine Datei? public long lastmodified(); // Wann wurde es letztes Mal modifziert? public long length(); // Wieviele Bytes enthält es? public String[] list(); // Inhalt dieses Verzeichnisses public boolean renameto(file f); // Gib Datei neuen Namen f } Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

20 Verbindung von Dateien und Strömen Jede Programmiersprache muss ein Konzept bereitstellen, um Ströme mit Dateien zu verbinden. In Java geschieht die Verbindung im Konstruktor der Strom-Klasse, die mit dem Dateinamen als Argument aufgerufen wird. Beispiel: String fname = "/usr/bob/src/trivial.java"; FileWriter outs = new FileWriter (fname); verbindet den Ausgabestrom outs mit einer Datei namens fname. In Java unterscheiden wir Text-Dateien und Binär-Dateien Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

21 Die Standardein-/-ausgabe in Java basiert auf Strömen Informelles Modell Die Klasse System.out ist ein textueller Ausgabestrom vom Typ PrintWriter Bildschirm System.out Programm Speicher Tastatur System.in System.in ist ein binärer Eingabestrom vom Typ InputStream: Die Eingabe muss Byte für Byte gelesen werden Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

22 2 wichtige Konzepte Zur Verbesserung der Laufzeit von Informatik-Systemen mit Strömen gibt es 2 wichtige Konzepte: Puffern von Daten: Puffer werden benutzt, wenn das Ein-/Ausgabe- Gerät signifikant langsamer als der Prozessor ist. Konkatenation von Strömen: Wenn die Ausgabe eines Stroms die Eingabe eines anderen Stroms ist. Beispiel "Unix pipes": ls more Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

23 Puffern von Daten Definition Eingabepuffer (input buffer): Eine Region im Speicher für die temporäre Speicherung von bereits gelesenen, aber noch nicht verarbeiteten Daten: Anstatt ein Byte nach dem anderen von dem Eingabegerät zu lesen, wird eine große Anzahl von Bytes gleichzeitig in den internen Puffer gelesen. Die Bytes werden dann einzeln bei jeder Lese-Operation aus dem Eingabepuffer ins Programm transferiert. Definition Ausgabepuffer (output buffer): Eine Region im Speicher für die temporäre Speicherung von zu schreibenden Daten. Daten werden erst auf das Ausgabegerät geschrieben, wenn der Puffer voll ist (oder bei einer sogenannten flush()-operation). Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

24 Puffern von Daten (2) Viele E/A-Geräte unterstützen den Transfer von Blöcken. Der Datentransfer zwischen Puffern und Objekten (z.b. beim Einlesen von Objektattributwerten aus einer Datei) ist im allgemeinen schnell, da sowohl Puffer als auch Objekte gewöhnlich im Programmspeicher angelegt werden. Puffern verbessert die Laufzeit von Programmen (natürlich auf Kosten des für die Puffer zusätzlich benötigen Speicherplatzes) Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

25 Konkatenation von Strömen Die Deklaration Strom Datei Strom BufferedReader instream = new BufferedReader(new FileReader(fileName)); konkateniert zwei Ströme BufferedReader und FileReader. Das Programm kann dann instream.readline() benutzen, um die Datei filename zeilenweise - und nicht Zeichen für Zeichen - zu lesen. Interpretation: Die Daten fließen von der Text-Datei erst durch FileReader, dann durch BufferedReader zum Speicher. instream Speicher BufferedReader FileReader filename Text-Datei Analogie aus der Klempnerei: Konkatenation von Strömen ist nichts anderes, als die Zusammensetzung eines Rohrs aus zwei Teilrohren. Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

26 Konkatenation von Strömen (2) Zur Konkatenation von Strömen ist es notwendig, dass der eine Strom bei seiner Erzeugung einen anderen Strom als Parameter erhält. Dies ist der Fall im Konstruktor für BufferedReader: Public class BufferedReader extends Reader { } // Konstruktor public BufferedReader(Reader instream); //Instanz-Methode public String readline() throws IOException; FileReader ist Unterklasse von Reader,der Aufruf von new ergibt also einen Strom vom Typ Reader BufferedReader instream = new BufferedReader(new FileReader(fileName)); Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

27 Wann benutzen wir welchen Strom? Bei binärer Ein-/Ausgabe: Unterklassen von InputStream und OutputStream. Bei Textueller Ein-Ausgabe: Unterklassen von Reader und Writer. Beispiel: PrintWriter ist eine Unterklasse von Writer. Sie stellt Methoden zur textuellen Ausgabe von Objekten vom Typ int, long, float, double, String und Object bereit: public void print(int i); public void print(long l); public void print(float f); public void print(double d); public void print(string s); public void print(object o); public void println(int i); public void println(long l); public void println(float f); public void println(double d); public void println(string s); public void println(object o); Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

28 Was machen wir jetzt? 1. Kleine Fallstudie für die Benutzung von Strömen und Text-Dateien: Entwurf eines Text-Editors Schreiben einer Text-Datei Lesen einer Text-Datei 2. Schreiben und Lesen von Binär-Dateien Schreiben einer Binär-Datei Lesen einer Binär-Datei 3. Schreiben und Lesen von beliebigen Objekten Serialisierung Deserialisierung Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

29 1. Entwurf eines Text-Editors Problembeschreibung: Zwei wichtige Aufgaben eines Text-Editors sind das Lesen von Text-Dateien und das Schreiben von Text-Dateien. Lösung: Aus Zeitgründen machen wir nur eine "verkürzte Analyse" und konzentrieren uns dann vorwiegend auf den detaillierten Entwurf und die Implementierung Speicher Eingabestrom Ausgabestrom Text-Datei Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

30 Modell der Bedienoberfläche Label TextField Button Layout North prompt: ReadFile WriteFile TextArea zum Display der Datei Layout Center Implementierung der Bedienoberfläche => Später im Block Interaktive Programmierung und bei den Übungen ( Projekt Editor ) Zunächst Dateien Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

31 Format von Text-Dateien Text-Dateien haben folgendes Format: Eine Folge von Zeichen, getrennt durch Null oder durch Zeilen-Ende Zeichen \n. Das Ende der Datei wird mit dem speziellen Datei-Ende Zeichen \eof angezeigt. eins\nzwei\ndrei\nvier\eof Zeilen-Ende (\n) Datei eins zwei drei vier Datei-Ende (\eof) Zeichen. Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

32 Anwendungsfälle für den Text-Editor Anwendungsfall "Schreiben einer Text-Datei": Der Ereignisfluss besteht aus den folgenden 3 Schritten: Verbinde den Ausgabestrom mit einer Text-Datei. Schreibe die einzelnen Daten auf den Strom (in einer Schleife). Schließe den Ausgabestrom. Anwendungsfall "Lesen einer Text-Datei" Der Ereignisfluss besteht aus den folgenden 3 Schritten: Verbinde den Eingabestrom mit der Text-Datei. Lies die einzelnen Daten vom Strom (in einer Schleife). Schließe den Eingabestrom. Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

33 Schreiben einer Text-Datei (Detaillierter Entwurf) Weil wir eine Text-Datei schreiben wollen, schauen wir uns die Unterklassen von Writer an. Writer write() Wir wählen FileWriter, denn diese Klasse wurde explizit für die Ausgabe in Text-Dateien entworfen. OutputStream Writer close() open() FileWriter Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

34 Schreiben einer Text-Datei (Detaillierter Enwurf 2) Spezifikation der Klasse FileWriter: public class FileWriter extends OutputStreamWriter { public FileWriter (String filename) throws IOException; public FileWriter (String filename, boolean append) throws IOException; } Die Methode write() wird von der Superklasse Writer geerbt: public void write (String s) throws IOException; Da der Konstruktor von FileWriter und die Methode write() Ausnahmen vom Typ IOException werfen, werden wir sie nur innerhalb eines try-catch Gerüsts benutzen. Allgemein gilt: Alle öffentlichen Methoden von Strömen werfen Ausnahmen vom Typ IOException (auch wenn wir sie im folgenden nicht immer zeigen). Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

35 Schreiben einer Text-Datei (Implementierung) writetextfile() nimmt eine mehrzeilige Zeichenkette von Typ TextArea und schreibt sie auf eine Text-Datei mit Namen filename. Verbindung des Ausgabestroms mit einer Text-Datei namens filename. private void writetextfile(textarea display, String filename) { try { FileWriter outstream = new FileWriter(fileName); outstream.write(display.gettext()); outstream.close(); } catch (IOException e) { display.settext("e/a-fehler: " + e.getmessage() + "\n"); e.printstacktrace(); } } // writetextfile() Abfangen der Ausnahme IOException. Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

36 Lesen einer Text-Datei (Detaillierter Entwurf) Da es sich um eine Text-Datei handelt, schauen wir uns in diesem Fall die Klasse Reader an. Wir müssen Zeichen (Typ char) aus einer Datei lesen: FileReader Ausserdem wollen wir die Zeichen zeilenweise lesen: BufferedReader Reader BufferedReader +String: readline() InputStream Reader FileReader Initialisierung durch Konkatenation der Ströme: new BufferedReader(new FileReader(filename)) Lesen der Zeilen dann mit der öffentlichen Methode readline() Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

37 Lesen einer Text-Datei (Implementierung) Konkatenation der Ströme private void readtextfile(textarea display, String filename) { try { BufferedReader instream bei end-of-file gibt readline() null zurück = new BufferedReader(new FileReader(fileName)); String line = instream.readline(); // Lies eine Zeile while (line!= null) { // solange noch was da ist display.append(line + "\n"); // Stelle die Zeile dar line = instream.readline(); // Lies die nächste Zeile } instream.close(); // Schließe den Strom } catch (FileNotFoundException e) { display.settext("ioerror: File NOT Found: " + filename + "\n"); e.printstacktrace(); } catch ( IOException e ) { display.settext("ioerror: " + e.getmessage() + "\n"); e.printstacktrace(); } } // readtextfile() Eine nicht existierende Datei erzeugt beim Aufruf von new FileReader die Ausnahme FileNotFoundException Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

38 Robuste und Benutzerfreundliche Programmierung Wie wir gesehen hatten, wird beimversuch, einen Strom mit new FileReader(fileName)zu öffnen, die Ausnahme FileNotFoundException geworfen, wenn die Datei namens filename nicht existiert. Dies kommt vor, wenn Benutzer einen nicht existenten Dateinamen angeben oder die Datei nicht dort ist, wo sie sein sollte (was sehr häufig der Fall ist :-) Abfangen der Ausnahme ist ein Beispiel für robuste Programmierung. aber die Fehlermeldung ist sehr benutzer-unfreundlich Gibt es eine Möglichkeit, diese Art von Fehler vorher zu entdecken, um den Benutzern bessere Fehlermeldungen geben zu können? Die Klasse java.io.file enthält Methoden, die man dafür benutzen kann. Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

39 Benutzerfreundliche Programmierung Um den Benutzer vor unverständlichen (Fehler-)Meldungen zu schützen, schreiben wir jetzt zwei Methoden, in denen wir unsere eigenen Ausnahmen erzeugen: Überprüfung der Lesbarkeit von Dateien Überprüfung der Schreibbarkeit von Dateien Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

40 Überprüfung der Lesbarkeit von Dateien Kreiere ein File-Objekt für die Datei filename. private boolean isreadablefile(string filename) { try { File file = new File(fileName); if (!file.exists()) throw (new FileNotFoundException("No such File:" + filename)); if (!file.canread()) throw (new IOException("File not readable: " + filename)); return true; } catch (FileNotFoundException e) { System.out.println("IOERROR: File NOT Found: " + filename + "\n"); return false; } catch (IOException e) { System.out.println("IOERROR: " + e.getmessage() + "\n"); return false; } } // isreadablefile Prüfe Existenz und Lesbarkeit mit Methoden aus File Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

41 Überprüfung der Schreibbarkeit von Dateien private boolean iswriteablefile(string filename) { try { File file = new File(fileName); if (filename.length() == 0) throw (new IOException("Invalid file name: " + filename)); if (file.exists() &&!file.canwrite()) throw (new IOException("IOERROR: File not writeable: " + filename)); return true; } catch (IOException e) { display.settext("ioerror: " + e.getmessage() + "\n"); return false; } } // iswriteablefile() Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

42 2. Schreiben und Lesen von Binär-Dateien Binär-Dateien haben kein Datei-Ende Zeichen (\eof). Ereignisfluss beim Lesen bzw. Schreiben von Binärdaten: Verbinde einen Strom mit der Datei. Lies oder schreibe die Binärdaten in einer Schleife. Schließe den Strom. Beispiel: Schreiben von Studenten-Daten Alter: int ECTS: double Name: String Name Name Name Name Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

43 Detaillierter Entwurf Welche Ströme und Methoden verwenden wir? Strom: Unterklasse von OutputStream. Konstruktor: FileOutputStream(String filename) Schreibe-Methoden aus DataOutputStream Erlaubt das Schreiben von Strings und Doubles public class DataOutputStream extends FilterOutputStream { // Konstructor public DataOutputStream(OutputStream out); // Ausgewählte öffentliche Instanzen-Methoden public void flush() throws IOException; public final void writechars(string s) throws IOException; public final void writedouble(double d) throws IOException; public final void writeint(int i) throws IOException; public final void writeutf(string s) throws IOException; } Unicode Text Format (UTF) ist ein Schema zum binären Codieren von Java's Unicode-Zeichenvorrat. Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

44 Schreiben von Binärdaten in eine Datei Verbindung des Stroms mit der Binär-Datei: DataOutputStream outstream = new DataOutputStream(new FileOutputStream (filename)); Schreiben der Daten in die Datei: for (int k = 0; k < 5; k++) { // 5 Studenten outstream.writeutf("name" + k); // Name outstream.writeint((int)(20 + Math.random() * 25)); // Alter outstream.writedouble(math.random() * 500); // Punkte } Interpretierbar z.b. als zwei 32-bit-Werte (z.b. int) ein 64-bit-Wert (z.b. double) acht 8-bit-ASCII-Zeichen Die Binär-Datei enthält keine Informationen, wie die Binärdaten zu interpretieren sind große Sorgfalt beim Einlesen erforderlich! Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

45 Methode zum Schreiben von Binärdaten private void writebinary( String filename ) { try { DataOutputStream outstream // Öffne den Strom = new DataOutputStream(new FileOutputStream(fileName)); for (int k = 0; k < 5; k++) { // 5 Studenten String name = "Name" + k; outstream.writeutf("name" + k); // Name outstream.writeint((int)(20 + Math.random() * 25)); // Alter outstream.writedouble( Math.random() * 10); // Punkte } // for outstream.close(); // Schliesse den Strom } catch (IOException e) { display.settext("ioerror: " + e.getmessage() + "\n"); } } // writebinary() Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

46 Lesen von Binärdaten aus einer Datei Strom: Unterklasse von InputStream Konstruktor: FileInputStream(String filename) Lese-Methoden aus DataInputStream Pendant zu DataOutputSteam public class DataInputStream extends FilterInputStream { // Instanz-Methoden public final boolean readboolean() throws IOException; public final byte readbyte() throws IOException; public final char readchar() throws IOException; public final double readdouble() throws IOException; public final float readfloat() throws IOException; public final int readint() throws IOException; public final long readlong() throws IOException; public final short readshort() throws IOException; public final String readutf() throws IOException; } Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

47 Schleife zum Lesen von Binärdaten Da Binär-Dateien kein \eof-zeichen haben, müssen wir das Ende der Datei mit der Ausnahme EOFException abfangen. try { while (true) { // Unendliche Schleife String name = instream.readutf(); // Lies Studenten int alter = instream.readint(); double punkte = instream.readdouble(); display.append(name + " " + alter + " " + punkte + "\n"); } // while } catch (EOFException e) {} // bis zum Ende der Datei Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

48 Methode zum Lesen von Binärdaten aus einer Datei private void readbinary(string filename) { try { DataInputStream instream = new DataInputStream(new FileInputStream(fileName)); display.settext("name Alter Note\n"); try { while (true) { String name = instream.readutf(); int alter = instream.readint(); double note = instream.readdouble(); display.append(name + " " + alter + " " + note + "\n"); } // while } catch (EOFException e) { // bis zur EOFException } finally { Konkatenation der Ströme geschachtelter try-block finally bezieht sich auf den inneren try-block instream.close(); // Schließe den Strom } } catch (FileNotFoundException e) { display.settext("ioerror: File NOT Found: " + filename + "\n"); } catch (IOException e) { display.settext("ioerror: " + e.getmessage() + "\n"); } } // readbinary() Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

49 3. Schreiben und Lesen von beliebigen Objekten 6/8/2004 Objekt-Serialisierung ist der Prozess des Schreibens eines Objektes auf einen Strom als eine Serie von Bytes. Objekt-Deserialisierung ist der Prozess des Lesens eines Objektes von einem Strom als eine Serie von Bytes. Objekte serializiert man mit ObjectOutputStream und deserialisiert sie mit ObjectInputStream public class ObjectOutputStream extends OutputStream implements ObjectOutput { public final void writeobject(object obj) throws IOException; } public class ObjectInputStream extends InputStream implements ObjectInput { public final Object readobject() throws IOException, ClassNotFoundException; } Um ein Objekt zu serialisieren, muss es als Argument beim Aufruf der writeobject()-methode übergeben werden. Zur Deserialisierung eines Objekts wird die readobject()-methode aufgerufen. Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

50 Die Klasse Student als serialisierbare Klasse public class Student implements java.io.serializable { private String name; private int alter; private double punkte; public Student() {} public Student (String fname, int yr, double fpunkte) { name = fname; alter = yr; punkte = fpunkte; } public String tostring() { return name + "\t" + alter + "\t" + punkte; } } // Student Wichtig: Die Java Schnittstelle Serializable hat weder Methoden noch Konstanten (sog. Marker Interface) Klassen müssen diese Schnittstelle trotzdem "implementieren", um anzuzeigen, dass sie serialisiert und deserialisiert werden dürfen. Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

51 Dateiein-/-ausgabe von serialisierbaren Objekten public void writetofile (FileOutputStream outstream) throws IOException { ObjectOutputStream oostream = new ObjectOutputStream(outStream); oostream.writeobject(this); oostream.flush(); } // writetofile() Schreibe das (serialisierte) Objekt auf den Strom. public void readfromfile (FileInputStream instream) throws IOException, ClassNotFoundException { ObjectInputStream oistream = new ObjectInputStream(inStream); Student s = (Student) oistream.readobject(); this.name = s.name; this.alter = s.alter; this.punkte = s.punkte; } // readfromfile() Lies das (deserialisierte) Objekt vom Strom. Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

52 Schreiben von Objekten als Binärdaten in eine Datei private void writebinaryrecords (String filename) { try { FileOutputStream outstream = new FileOutputStream(fileName); for (int k = 0; k < 5; k++) { // Erzeuge 5 Zufallsobjekte String name = "name" + k; int alter = (int)( Math.random() * 4); double punkte = Math.random() * 12; Student student = new Student(name, alter, punkte); // Object display.append("output: " + student.tostring() + "\n"); student.writetofile(outstream) ; // Schreibe sie in die Datei } // for outstream.close(); } catch (IOException e) { display.append("ioerror: " + e.getmessage() + "\n"); } } // writebinaryrecords() führt Serialisierung aus Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

53 Lesen von Objekten als Binärdaten aus einer Datei private void readbinaryrecords(string filename) { try { FileInputStream instream = new FileInputStream(fileName); display.settext("name\talter\tpunkte\n"); führt Deserialisierung aus try { while (true) { // Unendliche Schleife Student student = new Student(); // Kreiere Student student.readfromfile(instream); // und lies die Daten display.append(student.tostring() + "\n"); } } catch (EOFException e) {} // EOFException (Dateiende) instream.close(); } catch (FileNotFoundException e) { display.append("ioerror: File NOT Found: " + filename + "\n"); } catch (IOException e) { display.append("ioerror: " + e.getmessage() + "\n"); } catch (ClassNotFoundException e) { display.append("error: Class NOT found " + e.getmessage() + "\n"); } } // readbinaryrecords() Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

54 Zusammenfassung Eine Datei ist eine Sammlung von Daten, die extern auf einem Sekundärspeicher (Platte, CD, Band etc.) gespeichert sind. Ein Strom ist ein Objekt, das Daten von Geräten, Dateien oder anderen Objekten holt bzw. an Geräte, Dateien oder andere Objekte liefert: Ein Eingabestrom liefert Daten von einer externen Quelle an ein Programm. Ein Ausgabestrom liefert Daten vom Programm an eine externe Senke. Ein Puffer ist ein Bereich im Hauptspeicher, der temporär genutzt wird, um Daten während der Ein- oder Ausgabe zu speichern. Problem des detaillierten Entwurfs der Ein-/Ausgabe für Java- Programme: Welche Ströme und Methoden aus der Java-Klassenbibliothek soll ich benutzen? Woher weiß ich, ob es die Klassen gibt, die ich brauche? Wo finde ich sie? Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

55 Zusammenfassung (2) allgemeiner Algorithmus für Implementierung von Ein-/Ausgabe: Verbinde den gewählten Ein-/Ausgabestrom mit der Datei Führe die Ein-/Ausgabe durch Schließe den Ein-/Ausgabestrom. Die Klasse java.io.file erlaubt eine Überprüfung von Dateien, bevor man sie mit dem gewählten Strom verbindet. Analogie: "Überprüfen der Wassertemperatur im Schwimmbad, ohne dass man gleich reinspringen muss." File erlaubt eine plattformunabhängige Behandlung von Datei- Systemen und Dateien. Serialisierung erlaubt das Schreiben eines beliebigen Objekts auf einen (binären) Ausgabestrom. Deserialisierung erlaubt das Einlesen serialisierter Objekte aus einem (binären) Eingabestrom. Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester

56 Implementierung des Text-Editors Label TextField Button Layout North prompt: ReadFile WriteFile Display: TextArea Layout Center Ereignisempfänger: public void actionperformed(actionevent evt) { String filename = namefield.gettext(); if (evt.getsource() == readfilebutton) { display.settext(""); readtextfile(display, filename); // Folie 32 } else writetextfile(display, filename); // Folie 30 } // actionperformed() Copyright 2004 Bernd Brügge Einführung in die Informatik II TUM Sommersemester